فناوری های تلویزیون: توضیح 6 مشخصه که به اشتباه تعریف می شوند

پیش تر در مقاله جامع "حقایق پشت پرده نمایشگرها" تعریف دقیق کنتراست تصویر، طیف رنگی، تیره و تاری تصویر (Motion Blur) را مفصلا شرح دادیم. اما در این مقاله که توسط دکتر Raymond Soneria از وب سایت DisplayMate نوشته شده است با شرح و توضیح صحیح تکنولوژی های دیگر آشنا خواهید شد.

Frame Rate به تعداد تصاویری یا فریم هایی که در هر ثانیه منتقل می‌شوند، اشاره می‌کند. تقریباً تمام محتوای موجود در بازار مانند فیلم‌های مختلف سینمایی همگی با 60fps یا 60 فریم در ثانیه یا 60 هرتز منتشر می‌شوند البته در برخی از بازی ها می‌توان تعداد فریم در ثانیه (fps) را به 85 یا 100 یا 120 افزایش داد. هرچند افزایش fps یا Hz در نمایشگرهای CRT مفهوم داشت و تلویزیون یا مانیتور های CRT می‌توانستند خود را با fps محتوای در حال پخش سازگار کنند اما تمام نمایشگرهای مسطح بازار چه LCD یا LED یا Plasma تنها قادرند با یک نرخ کار کنند. برخی از نمایشگرهای مدرن امروزی با فرکانس 120 هرتز یا 240 هرتز یا بالاتر کار می‌کنند. این بدین معنا است که وقتی محتوای 60 هرتز در این نمایشگرها به نمایش درآید خود نمایشگر باید آن را به فرکانس طبیعی خود تبدیل کند یعنی اگر بعنوان نمونه تلویزیون LCD شما دارای فرکانس 240 هرتز باشد و یک فیلم سینمایی را درآن به نمایش درآورید که معمولا اکثر آن‌ها 60 هرتز هستند، تلویزیون شما فیلم 60 هرتز شما را به 240 هرتز تبدیل می‌کند یعنی به جای نمایش 60 فریم در ثانیه 240 فریم در ثانیه نمایش می‌دهد. در واقع نمایشگر خود فریم های اضافی را تولید می‌کند. ساخت فریم های اضافی ممکن است باعث تیره و تاری تصویر (Motion Blur) یا سوزش چشم شود. و در نهایت تأثیری در کیفیت و کارایی نمایشگر ندارد. در تصویر زیر نحوه ساخت فریم های بیشتر برای رسیدن به فرکانس طبیعی تلویزیون نشان داده شده است:

پس در نمایشگرهای مسطح (LCD, LED, Plasma) این موضوع بسیار اهمیت دارد که fps محتوای در حال پخش با Frame Rate یا فرکانس تلویزیون یکسان باشد. در غیر اینصورت با تیره و تاری تصویر یا سوزش چشم مواجه خواهید شد.

Refresh Rate به تعداد دفعاتی که نمایشگر، تصویر روی صفحه را در هر ثانیه بروز می‌کند، اشاره دارد. همان‌طورکه در بالا نیز توضیح داده شد Refresh Rate در نمایشگرهای صفحه مسطح (LCD, LED, Plasma) ثابت و معمولا 60Hz است. در مانیتور یا تلویزیون‌های CRT زمانی که Refresh Rate روی 60Hz تنظیم شود لرزش بسیار زیادی در تصویر مشاهده می‌شود که باعث سوزش چشم می‌گردد. اما در نمایشگرهای LCD به دلیل استفاده از یک ماتریس فعال از ترانزیستورها که تصویر هر فریم را در فاصله بروز شدن به فریم بعدی نگاه می دارد این مشکل بوجود نمی یاد. همچنین بسیاری از نمایشگرهای CRT از Interlacing که در ادامه توضیح داده شده است، استفاده می‌کنند اما نمایشگرهای مسطح (CRT, LCD, Plasma) از حالت Progressive Scan یا non-interlaced استفاده می‌کنند.

تصاویر تلویزیونی به روش Interlaced Scanning ارسال می‌شوند در این روش خطوط فرد تصویر در یک فریم (که Field نامیده می‌شود) ارسال می گردند و سپس در 1/60 ثانیه بعدی خطوط زوج ارسال می‌شوند و تصویر کامل هر فریم که از تلفیق خطوط زوج و فرد و در هر 1/30 ثانیه شکل می‌گیرد. اطلاعات بیشتر در مورد Interlacing را در دایرکتوری IT زومیت بیابید.

اما در روش Progressive Scan تمام خطوط هر فریم بصورت یکجا منتقل می‌شوند. زمانی از Interlaced استفاده می‌شود که امکان ارسال کل اطلاعات تصویر به یکباره وجود نداشته باشد یعنی پهنای باند پروتوکل ارسال و دریافت تصاویر به اندازه کافی بزرگ نباشد که قادر به دریافت و ارسال تصویر به یکباره باشد. تلویزیون‌های CRT قادرند هر فریم خطوط فرد را بدون وجود فریم خطوط زوج نمایش دهند ولی تلویزیون‌های مدرن امروزی دو فریم زوج و فرد Interlaced را به Progressive تبدیل و سپس نمایش می‌دهند. حرف i اشاره به Interlaced و حرف P اشاره به Progressive دارد. بعنوان نمونه تمام تصاویر تلویزیونی HD که ازطریق هوا، ماهواره یا کابل ارسال می‌شوند بصورت 1080i یا 720i یا ... ارسال شده و سپس در تلویزیون به 1080p یا 720p تبدیل می‌شوند. یکی از روش هایی که تلویزیون‌ها از آن استفاده می‌کنند بافر کردن یا ذخیره کردن اطلاعات هر فریم در حافظه و ترکیب فریم های زوج و فرد Interlaced و تبدیل آن‌ها به فریم Progressive است. مشکلی که در این تبدیل به وجود می آید این است که فریم های حاوی خطوط زوج و فرد تصویر 1/60 ثانیه با هم فاصله دارند و این تأخیر باعث می‌شود تصاویر پویا (مانند تصاویر ورزشی یا فیلم‌های اکشن) بصورت لبه دار نمایش داده شوند این مشکل را Combing می نامند. این مشکل توسط فناوری Motion Interpolation حل می‌شود تقریباً تمام تلویزیون‌های امروزی دارای Motion Interpolation هستند.

پردازش پیچیده کامپیوتری می‌تواند برای مقایسه تصاویر یا فریم های پشت سر هم ویدئو و تجزیه و تحلیل اجسام متحرک هر فریم استفاده شود. Deinterlacing پردازشی است که فریم های Interlaced پشت سر هم را با دقت خوب مجددا می‌سازد، تصویر ساخته شده فاقد مشکل Combing خواهد بود. در Deinterlacing ممکن است پردازنده حداکثر تا 6 فریم را تولید کرده و سپس نمایش دهد این عمل می‌تواند تا 1/10 ثانیه تأخیر در نمایش تصویر ایجاد کند. این موضوع زمانی مشکل ساز می‌شود که شما در حال بازی کردن باشید و بازی در حال اجرا نیاز به عکس العمل سریع داشته باشد در این شرایط بهتر است قابلیت Deinterlacing را در نمایشگر خود غیرفعال کنید.

بسیاری از فیلم‌ها با 24 فریم در ثانیه (fps) ضبط می‌شوند که بسیار کم است مخصوصا زمانی که اشیاء در صفحه به سرعت در حال حرکت باشند. تعداد فریم کم در تصاویر پویا باعث می‌شود چشم تصاویر را منقطع یا بصورت پرش از یک تصویر به تصویر دیگر مشاهده کند این مشکل را Hopping یا جهش می نامند. مشکل دیگری که در فیلم‌های 24 فریم در ثانیه (24fps ) بوجود می آید این است که 24 فریم باید به 60 یا بیشتر تبدیل شود یعنی تعداد فریم ها باید 2.5 برابر شوند. یکی از روش‌های ساده برای این کار نمایش دوباره یک فریم و نمایش سه باره فریم بعدی است این روش را پردازش 3:2 Pull Down می نامند. این 3 و 2 فریم Progressive ساخته شده، باعث بروز مشکل بی نظمی در حرکت و نمایش تصویر می‌گردد که Judder نام‌گذاری شده است. Judder معمولا قابل تشخیص نیست ولی می‌تواند آزاردهنده باشد. دو روش برای رفع این مشکل وجود دارد: روش اول افزایش Refresh Rate به 120 هرتز و تکرار 5 باره هر فریم است، در این روش مشکل Judder رفع می‌شود ولی Hopping هنوز باقی است. در روش دوم که بهتر عمل می‌کند از Motion Interpolation برای تجزیه و تحلیل حرکت و ساخت فریم میانی استفاده می‌شود. تعداد فریم های میانی به اندازه ایی ساخته می‌شوند تا fps محتوا به Refresh Rate طبیعی یا Native نمایشگر برسد. در Motion Interpolation هر دو مشکل Hopping و Judder مرتفع می‌شوند. همان‌طورکه در تصویر پایین مشاهده می‌کنید فریم های میانی براساس حرکت شی متحرک که در این تصویر خودرو است ساخته می‌شود.

کریستال مایع یا Liquid Crystal در نمایشگرهای LCD (حرف L مخفف Liquid) ممکن است به اندازه کافی سریع پاسخ ندهد مخصوصا زمانی که اشیاء به سرعت حرکت کنند. عدم پاسخگویی به موقع و سریع کریستال مایع باعث تأخیر در بروز رسانی پیکسل ها و درنتیجه، تصویر می‌شود و بدین‌ترتیب، زمانی که فریم جدید در حال نمایش است بخشی از پیکسل ها هنوز در حال نمایش فریم قبلی یا بروز رسانی به فریم جدید هستند. این تأخیر در بروز رسانی پیکسل که به عدم پاسخ گویی سریع کریستال مایع اتفاق می‌افتد منجر به تیره و تاری تصویر (Motion Blur) می‌شود. یکی از رویکردهایی که تولید کننده های پنل‌های LCD بکار می‌برند، Motion Interpolation است تولید کننده های LCD ادعا می‌کنند این روش باعث افزایش Refresh Rate و بهبود زمان پاسخگویی تصویر یا Response Time می‌شود.

[div class="attention" class2="typo-icon"]اما در حقیقت این دستاورد که تاتیر بسیار زیادی در بازاریابی و فروش بالاتر محصولات و مجاب کردن مشتری به خرید تلویزیون‌های گرانتربا Refresh Rate های 120Hz یا 240Hz یا 480Hz شده است نه‌تنها هیچ تأثیری در رفع Motion Blur ندارد بلکه تأثیر منفی نیز دارد چون همان‌طورکه در بالا ذکر شد تلویزیون‌های LCD یا LED تنها با یک فرکانس و Refresh Rate طبیعی خود کار می‌کنند. البته که بسیاری از تلویزیون‌های سه بعدی از فناوری اکتیو شاتر برای نمایش تصاویر سه بعدی استفاده می‌کنند که نیاز به Refresh Rate دو برابر یعنی 120 هرتز دارند جهت کسب اطلاعات بیشتر در مورد فناوری‌های سه بعدی به این مقاله مراجعه کنید.[/div]

براساس آزمایش‌ها انجام شده و با استفاده از دوربین‌های عکاسی با سرعت شاتر بسیار بالا مشخص شده است که تفاوتی در تصویر تلویزیون 60 هرتز با 120 هرتز نیست دلیل برتری تلویزیون‌های با فرکانس 120 هرتز یا 240 هرتز به تلویزیون‌های با Refresh Rate پایین‌تر به هیچ وجه ربطی به Refresh Rate آن‌ها نداشته و تنها به دلیل استفاده از پنل‌های با کیفیت تر، تصویر بهتری را ارائه می‌دهند. اگر به این موضوع ایمان ندارید به تصاویر گرفته توسط DisplayMate که در بخش Response Time مقاله "حقایق پشت پرده نمایشگرها" توجه کنید.